1.4 直流电和交流电
1.4.1 直流电与直流电路
1 直流电
直流电（Direct Current，简称DC）是指电流方向不随时间作周期性变化，由正极流向负极，但电流的大小可能会变化。
直流电可以分为脉动直流和恒定直流两种，如图1-14所示，脉动直流中电流大小不稳定，而恒定直流中的电流大小是恒定不变的。
图1-14 脉动直流和恒定直流
一般将可提供直流电的装置称为直流电源，例如干电池、蓄电池、直流发电机等。直流电源有正、负两极。当直流电源为电路供电时，直流电源能够使电路两端之间保持恒定的电位差，从而在外电路中形成由电源正极到负极的电流，如图1-15所示。
图1-15 直流电的特点
2 直流电路
由直流电源作用的电路称为直流电路，它主要是由直流电源、负载构成的闭合电路。
在生活和生产中电池供电的电器，都属于直流供电方式，如低压小功率照明灯、直流电动机等。还有许多电器是利用交流-直流变换器，将交流变成直流再为电器产品供电。图1-16为直流电动机驱动电路，它采用的直流电源供电，这是一个典型的直流电路。
图1-16 直流电动机驱动电路
家庭或企事业单位的供电都是采用交流220V、50 Hz的电源，而电子产品内部各电路单元及其元件则往往需要多种直流电压，因而需要一些电路将交流220V电压变为直流电压，供电路各部分使用。
如图1-17所示，由图可知，交流220V电压经变压器T，先变成交流低压（12V）。再经整流二极管VD整流后变成脉动直流，脉动直流经LC滤波后变成稳定的直流电压。
图1-17 直流电源电路
1.4.2 交流电与交流电路
1 交流电
交流电（Alternating Current，简称AC）是指大小和方向会随时间作周期性变化的电压或电流。在日常生活中所有的电器产品都需要有供电电源才能正常工作，大多数的电气设备都是由市电交流220V、50Hz作为供电电源，这是我国公共用电的统一标准，交流220V电压是指相线即火线对零线的电压。
如图1-18所示，交流电是由交流发电机产生的，交流发电机通常有产生单相交流电的机型和产生三相交流电的机型。
图1-18 交流电的产生
（1）单相交流电
单相交流电在电路中具有单一交变的电压，该电压以一定的频率随时间变化，如图1-19所示。在单相交流发电机中，只有一个线圈绕制在铁芯上构成定子，转子是永磁体，当其内部的定子和线圈为一组时，它所产生的感应电动势（电压）也为一组（相），由两条线进行传输。
图1-19 单相交流电的产生
（2）两相交流电
在发电机内设有两组定子线圈互相垂直地分布在转子外围，如图1-20所示。转子旋转时两组定子线圈产生两组感应电动势，这两组电动势之间有90°的相位差，这种电源为两相电源，这种方式多在自动化设备中使用。
图1-20 两相交流电的产生
（3）三相交流电
三相交流电是由三相交流发电机产生的。在定子槽内放置着三个结构相同的定子绕组A、B、C，这些绕组在空间互隔120°。转子旋转时，其磁场在空间按正弦规律变化，当转子由水轮机或汽轮机带动以角速度ω 等速地顺时针方向旋转时，在三个定子绕组中就产生频率相同、幅值相等、相位上互差120°的三个正弦电动势，即对称的三相电动势，如图1-21所示。
图1-21 三相交流电的产生
2 交流电路
我们将交流电通过的电路称为交流电路。交流电路普遍用于人们的日常生活和生产中，下面就分别介绍一下单相交流电路和三相交流电路。
（1）单相交流电路
单相交流电路的供电方式主要有单相两线式、单相三线式供电方式，一般的家庭用电都是单相交流电路。
① 单相两线式—单相两线式是指供配电线路仅由一根相线（L）和一根零线（N）构成，通过这两根线获取220 V单相电压，分配给各用电设备。
图1-22为单相两线式交流电路在家庭照明中的应用。
图1-22 单相两线式交流电路在家庭照明中的应用
② 单相三线式—单相三线式是在单相两线式的基础上添加一条地线，即由一根相线、零线和地线构成。其中，地线与相线之间的电压为220 V，零线（中性线N）与相线（L）之间的电压为220 V。由于不同接地点存在一定的电位差，因而零线与地线之间可能有一定的电压。
图1-23为单相三线式交流电路在家庭照明中的应用。
图1-23 单相三线式交流电路在家庭照明中的应用
（2）三相交流电路
三相交流电路的供电方式主要有三相三线式、三相四线式和三相五线式三种供电方法，一般工厂中的电气设备常采用三相交流电路。
① 三相三线式—三相三线式交流电路是指供电线路由三根相线构成，每根相线之间的电压为380V，额定电压为380V的电气设备可直接连接在相线上，如图1-24所示。这种供电方式多用在电能的传输系统中。
图1-24 三相三线式交流电路
② 三相四线式—三相四线式交流电路是指由变压器引出四根线的供电方式。其中三根为相线，另一根中性线为零线。零线接电动机三相绕组的中点，电气设备接零线工作时，电流经过电气设备做功，没有做功的电流可经零线回到电厂，对电气设备起到保护作用。这种供电方式常用于380/220V低压动力与照明混合配电，如图1-25所示。
图1-25 三相四线式交流电路
注意：在三相四线式供电方式中，在三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化、导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备会产生危险的电压，这是不允许的。
③ 三相五线式—图1-26为典型三相五线供电方式的示意图。在前面所述的三相四线式交流电路中，把零线的两个作用分开，即一根线作工作零线（N），另一根线作保护零线（PN），这样的供电接线方式称为三相五线式的交流电路。
图1-26 三相五线式交流电路
采用三相五线式交流电路中，用电设备上所连接的工作零线N和保护零线PE是分别敷设的，工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离三相四线式供电方式所造成的危险电压，用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。